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生命科学学院马文福教授团队和王如峰教授团队共同发表肠道菌分泌酶裂解和异构碳苷类中药成分的分子机制成果

    2022年5月25日,生命科学学院马文福教授和王如峰教授作为共同通讯作者,beat365亚洲版登录作为第一单位在Acta Pharmaceutica Sinica B(APSB)上在线发表了题为“Structural mechanism of a dual-functional enzyme DgpA/B/C as both a C-glycoside cleaving enzyme and an O- to C-glycoside isomerase”的研究论文,我院19级硕士研究生贺鹏飞和王莎为共同第一作者。

【文章简介】

    黄酮碳苷类化合物广泛存在于多种中药中,是中药发挥药效的重要成分之一。此类成分包括葛根素、荭草素、牡荆素等的糖基以C-C单键与苷元连接。由于C-糖苷键的特殊稳定性,导致碳苷类中药成分大多难以被代谢。有趣的是,人源肠道菌PUE分泌的DgpA/B/C蛋白质复合物能够特异性地切割葛根素的C-糖苷键,但是,关于这一过程的分子机理并不明确。beat365亚洲版登录马文福团队与王如峰团队合作解析了DgpA结合底物的复合物晶体结构,揭示了DgpA氧化C-糖苷的结构基础,从而阐明了C-糖苷键的裂解机制。更加有趣的是,作者发现DgpA/B/C同时是一个将O-糖苷高效转化为C-糖苷的异构酶,该酶是自然界中第一个被鉴定的C-糖苷转化异构酶。

    作者首先解析了DgpA无底物的晶体结构,DgpA是属于Gfo/Idh/MocA家族的氧化还原酶,由三组二聚体相互结合形成六聚体。DgpA的结构显示其底物识别口袋被相邻DgpA的一个蛋白延伸片段所结合,从而导致了该六聚体酶的部分自抑制构象(图1)。

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图1 DgpA的晶体结构及自抑制结构的底物识别中心

    随后,作者获得了DgpA结合底物的复合物晶体结构,在复合物结构中,糖基被由H186、K100、D182、R159、E264、F189、F223和W166组成的DgpA底物识别袋结合。除了C-1羟基外,葡萄糖的所有羟基以及1,4位的氧都被活性口袋特异性识别,形成一个氢键网络(图2),而DgpA突变体H186A、K100A、R159A和D182A切割葛根素的活性显著降低甚至丧失,由此确定了DgpA与底物结合的反应模式。

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图2 DgpA与底物结合的复合晶体结构及活性口袋特异性识别位点

    研究过程中,作者发现DgpA/B/C除了作为一种C-糖苷裂解酶之外,还能够有效地将氧苷类化合物转化为对应的碳苷类化合物。DgpA/B/C能够将大豆苷转化为葛根素,并切割下大豆苷元,还可将染料木苷转化为染料木素-8-C-葡萄糖苷,并切割下染料木素,显示出碳苷类结构异构酶的活性(图3)。

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图3 DgpA/B/C将大豆苷和染料木苷转化为相应的碳苷类化合物及苷元

    最后,作者还进一步解析了DgpB/C的复合物结构,通过分子模拟和对接,搭建了DgpB/C结合氧苷化合物的复合物结构,推测了DgpA/B/C作为异构酶的可能反应途径。本研究首次解析了DgpA与底物结合的复合物晶体结构,发现了DgpA/B/C既是一类碳苷类裂解酶,同时也是转化氧苷到碳苷类的异构酶。这些发现不仅揭示了酶介导的C-糖苷键断裂机制,而且可为碳苷类化合物的生物合成研究提供新思路。

通讯作者简介

    马文福,beat365亚洲版登录特聘教授,博士生导师,于斯隆凯特林癌症研究中心进行博士后研究。主要围绕中医药在重大疾病中的治疗机制以及开发新型的针对此类重大疾病的创新药物进行研究,目前研究重点集中在中医药在癌症辅助治疗以及新型冠状病毒的预防、治疗药物开发。

    王如峰,beat365亚洲版登录教授,博士生导师。先后主持和承担国家自然科学基金、重大新药创制科技重大专项、国家重点研发计划、教育部留学回国基金、北京市自然科学基金等项目,发表论文100余篇,获得发明专利7项。研究方向为中药成分体内代谢,肠道菌与中药成分相互作用。

【作者简介】

    王莎,beat365亚洲版登录19级硕士研究生,导师为王如峰教授。曾参与国家级项目两项,省部级项目一项。研究方向为肠道菌与中药成分相互作用。

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    贺鹏飞,beat365亚洲版登录19级硕士研究生,导师为马文福教授。参与校级课题两项,研究方向为结构生物学。

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 【杂志简介】

    Acta Pharmaceutica Sinica B(APSB)2011年创刊,由中国药学会和中国医学科学院药物研究所共同主办。JCR分区Q1区,位列全球275本Pharmacology & Pharmacy学科类期刊第9名。

论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211383522002441。

生命科学学院

2022年5月27日

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